JP2023062702A - ガス冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンポスト等から生じる高温のアンモニア含有ガスの冷却において消費電力を抑えることができるシステムを提供すること。
【解決手段】ガスを冷却処理するガス冷却システムＢであって、前記ガスの通過するダクト１０の上流側に空冷冷却部Ｂ１１と、当該ダクトの下流側に水冷冷却部Ｂ１２を設け、前記空冷冷却部には、前記ダクトに外気を混入させる空冷ブロア２０を有し、処理するガスαよりも低温の１次処理ガスδを生じさせ、前記水冷冷却部には、熱交換器４０，５０，６０を有し、前記１次処理ガスよりも低温の２次処理ガスεを生じさせるガス冷却システムとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、畜産農家から生じる畜糞を堆肥に変えるコンポストから生じる高温のアンモニア含有ガスからアンモニアを回収するアンモニア回収システムに関し、特にアンモニア回収の前段階で、アンモニア含有ガスを低温に冷却するガス冷却システムに関する。

従来、畜産農家から生じる畜糞等は堆肥処理していたが、その際に生じる臭気の問題を避けてとおることができず、臭気ガスの処理装置を別途設けてこの問題を解決してきた。こうした臭気成分の処理技術としては、ガス分解方式や、燃焼方式、触媒分解方式等があり、先行技術の一例としては、例えば、特開２０１８－１７６１３９号公報（特許文献１）に、有機廃棄物の熱分解を安定して行うことができる技術が記載されている。
しかしながら、これらの技術により臭気成分を処理していたのでは、その処理に費用がかかるだけであり、臭気成分の処理には何ら生産的なものがなく、負の環境対策投資でしかなかった。

特開２０１８－１７６１３９号公報

しかしながら、臭気の原因となるアンモニア成分を単に廃棄するのではなく、分離し有効活用することができれば、負の環境対策投資として行ってきたものを正の環境対策投資に変換することができる。
そこで、臭気の原因となるアンモニア成分を簡便に効率的に取り出すアンモニア回収システムを提供することを課題とする。
そして、アンモニア成分の回収のために、触媒にそのアンモニア成分を吸着させるまでを好適に行うことができるシステム、特にその過程でガスを冷却することができるシステムを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、一の実施態様として次の構成を有する。
コンポストから生じた高温の臭気ガスを冷却して水に溶解したアンモニア含有水中のアンモニア成分を取り出すアンモニア回収システムについて、前記臭気ガスを冷却処理するガス冷却システムと、発電装置とを有し、前記ガス冷却システムは、ガス温度を測定する温度センサーと、当該ガス冷却システムを制御する制御装置と、前記ガスの通過するダクトの上流側に空冷冷却部と、当該ダクトの下流側に水冷冷却部を設け、前記空冷冷却部には、外気を冷やした冷外気を生じさせるクーラーと、前記ダクトに外気を混入させる空冷ブロアを有し、処理するガスよりも低温の１次処理ガスを生じさせ、前記水冷冷却部には、複数の熱交換器を有し、当該水冷冷却部の上流側には高速ファンを有するラジエータユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する上流側熱交換器を備え、当該水冷冷却部の下流側にはチラーユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する下流側熱交換器を備えて、前記１次処理ガスよりも低温の２次処理ガスを生じさせるものであり、前記発電装置には、風車を有し、前記空冷ブロア又は前記高速ファンの少なくとも一方からの排気で当該風車を回転させる風力発電装置と、太陽光パネルを前記ダクトの上面に設けた太陽光発電装置とを備え、前記ガス冷却システムの消費電力の負担を補うものである、アンモニア回収システム。

一の実施態様によれば、上記各構成を備えることから、コンポストから生じた高温のアンモニア含有ガスを低温に冷却し、そのアンモニア含有ガスを溶解したアンモニア水にアンモニア吸着触媒を投入すればアンモニアを回収することができ、アンモニア成分を単に廃棄するのと異なり、アンモニアの有効活用を行うことができる。
また、コンポストから発生するアンモニア含有ガスの温度と外気から、所望の温度のアンモニア含有ガスを得る際に、各装置の合計出力を抑えるように、制御装置で上記各装置の出力を制御することができる。そのため、アンモニアの回収を効率的に行うことができる。
さらに、発電装置を設けたため、前記ガス冷却システムの消費電力の負担を補うことができる。

一の実施態様によれば、ガスを冷却処理するガス冷却システムであって、前記ガスの通過するダクトの上流側に空冷冷却部と、当該ダクトの下流側に水冷冷却部を設け、前記空冷冷却部には、前記ダクトに外気を混入させる空冷ブロアを有し、処理するガスよりも低温の１次処理ガスを生じさせ、前記水冷冷却部には、熱交換器を有し、前記１次処理ガスよりも低温の２次処理ガスを生じさせるガス冷却システムである。

ガスの通過するダクトの上流側に空冷冷却部と、当該ダクトの下流側に水冷冷却部を設けたため、空冷冷却部で第１段階の冷却を行い、水冷冷却部で最終段階の冷却を行うことができる。そのため、水冷冷却部における負担を軽減し、トータルすれば、水冷冷却部のみを設けた場合よりも消費電力を抑えることができる。また、水冷冷却部を有しているため、空冷冷却部だけでは十分に冷却することができない高温のガスであっても、所望の温度にまで冷却することができる。

空冷冷却部には、ダクトに外気を混入させる空冷ブロアを有するものとし、処理するガスよりも低温の１次処理ガスを生じさせるため、外気の混入という簡単な処理でガスの第１段階の冷却を行うことができる。また、空冷ブロアの運転は消費電力が少なく、高温ガスの初期冷却として効率的である。
また、水冷冷却部には、熱交換器を有し、前記１次処理ガスよりも低温の２次処理ガスを生じさせるため、所望の温度にまで完全にガス温度を下げることができる。また、熱交換器を利用しているため、処理すべきガス流路に他成分が混入する不具合を回避できる。

一の実施態様によれば、前記空冷ブロアは、処理するガスに前記外気を混入して前記ダクトに送る空冷ブロアとすることができる。
前記空冷ブロアを、処理するガスに前記外気を混入して前記ダクトに送る空冷ブロアとしたため、当初のアンモニア含有ガスと外気とをまとめて空冷ブロアでダクトに投入することができる。そのため、当初アンモニア含有ガスのコンポストからの吸引と、外気の混入とを１つの空冷ブロアで行うことができる。

一の実施態様によれば、前記空冷冷却部にクーラーを設け、当該クーラーで外気を冷やした冷外気を前記ダクトに送ることができる。
前記空冷冷却部にクーラーを設け、当該クーラーで外気を冷やした冷外気を前記ダクトに送ることとしたため、外気の温度が高い場合でも温度を低くして当初アンモニア含有ガスと混合することができ、空冷冷却部における効果的な冷却が達成できる。

一の実施態様によれば、前記水冷冷却部には前記熱交換器を複数設け、高速ファンを有するラジエータユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する上流側熱交換器と、チラーユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する下流側熱交換器とを備える構成とすることができる。
前記水冷冷却部には前記熱交換器を複数設けたため、装置の巨大化を避けることができる。また、冷却むらを少なくすることができる。
そして、高速ファンを有するラジエータユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する上流側熱交換器を設けたため、この熱交換器の冷媒の冷却は空冷で行うことができ、水冷とする場合に比べ消費電力を抑えることができる。また、この冷媒には水を利用することができメンテナンスが容易である。

さらに、チラーユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する下流側熱交換器を備えるため、ラジエータユニットを有する熱交換器で仮に十分なガス冷却ができなくても、本熱交換器で所望の温度にまで完全に冷却することができる。また、チラーユニットを備える熱交換器の消費電力は大きくなるが、この熱交換器に入るまでに十分にガス温度が冷やされていれば、この熱交換器の稼働を止めたり、チラーユニットの出力を抑えたりすることで消費電力の削減を図ることができる。

一の実施態様によれば、ガス温度を測定する温度センサーと、前記空冷ブロア及び前記熱交換器の稼働を制御する制御装置とを有するガス冷却システムとすることができる。
ガス温度を測定する温度センサーと、前記空冷ブロア及び前記熱交換器の稼働を制御する制御装置とを有すため、温度センサーで測定した温度に基づいて制御装置で各装置の出力を好適に制御することができる。それにより、消費電力を抑えることができる。

一の実施態様によれば、冷却処理するガスの当初温度と、外気温度とに基づき、上記空冷ブロアと上記熱交換器の稼働を制御するガス冷却システムとすることができる。
冷却処理するガスの当初温度と、外気温度とに基づき、空冷ブロアと熱交換器の稼働を制御するガス冷却システムとしたため、ガスの当初温度と外気温度が変化しても、消費電力を低く抑えるように各装置の出力を制御することができる。そのため、必要以上の装置の過剰運転を減らすことができる。

一の実施態様によれば、前記制御装置が、前記冷却処理するガスの当初温度、前記２次処理ガスの温度、外気温度、前記空冷ブロアの使用電力、及び前記熱交換器の使用電力を含む過去データを教師データとして用いて、前記空冷ブロア及び前記熱交換器の合計の最低使用電力量を推定するための機械学習を行った学習済みモデルに、新たに冷却処理するガスの当初温度、前記２次処理ガスの温度、及び外気温度を含む現在データを入力することで、前記空冷ブロア及び前記熱交換器の合計の最低使用電力量を出力する機械学習手段を利用する制御装置とすることができる。機械学習手段を有することとしたため、人間では予測し難い制御方法を提供し得る可能性がある。

そして、一の実施態様によれば、風車を有し、前記空冷ブロア又は前記高速ファンの少なくとも一方からの排気で当該風車を回転させる風力発電装置を有するガス冷却システムとすることができる。
風車を有し、前記空冷ブロア又は前記高速ファンの少なくとも一方からの排気で当該風車を回転させる風力発電装置を備えるため、この風力発電装置で得られた電力を、ガス冷却に必要な消費電力の一部を補足することができる。そのため、より電力消費を抑えたガス冷却システムとすることができる。

また、一の実施態様によれば、太陽光パネルを前記ダクトの上面に設けた太陽光発電装置を有するガス冷却システムとすることができる。
太陽光パネルを前記ダクトの上面に設けた太陽光発電装置を備えるため、この太陽光発電装置で得られた電力を、ガス冷却に必要な消費電力の一部を補足することができる。そのため、より電力消費を抑えたガス冷却システムとすることができる。

一の実施態様によれば、高温のアンモニア含有ガスから消費電力を抑えてアンモニアを回収することができる。
また、一の実施態様によれば、消費電力を抑えてガスを低温に冷却することができる。

ガス冷却システムを含むアンモニア回収システムの模式図である。 ダクトに当初アンモニア含有ガス及び外気を混入させる態様を示す模式図である。

畜産農家等から発生する鶏糞、牛糞等の畜糞のし尿の処理の過程で生じる臭気成分を処理するに際し、臭気の主な原因となるアンモニア成分を取り出すための処理において用いられるアンモニア回収システムについて一の実施態様を示して説明する。また、そのアンモニア回収システムの中に存在する高温ガスを冷却するガス冷却システムについても一の実施態様を示して説明する。

図１には一の実施態様となるアンモニア回収システムＡ及び、そこで用いられるガス冷却システムＢの模式図を示す。ガス冷却システムＢは、畜糞等を堆肥に変えるコンポストＡ１から生じる高温のアンモニア含有ガスからアンモニア成分を取り出す工程において、アンモニア含有ガスを水に溶解させるため、高温のアンモニア含有ガスを冷却して低温にするシステムである。アンモニア溶解水を得るためには、その原料となるアンモニア含有ガスの温度は低いほうが効果的なためである。

コンポスト：Ａ１
アンモニア含有ガスを発生させるコンポストＡ１は、上述のとおり畜産農場で生じる畜糞等から堆肥を得るための装置であり、堆肥を作る過程でアンモニア成分を含んだ臭気ガスを排出する。臭気ガスの温度は、コンポストＡ１への畜糞の投入後、攪拌して乾燥させ、乾燥糞として排出する約４～５日の間で変化する。畜糞の投入から８時間程度で約５５～７０℃のアンモニア含有ガスが発生し、８時間以降から数日後までに約６５～７０℃のアンモニア含有ガスが発生する。そして、乾燥糞排出日の排出前８時間では約５５～６５℃である。季節にも影響を受けるので、排出されるアンモニア含有ガス温度は、常温から７０℃程度、極寒冷地でなければ４０～７０℃程度である。一態様としての一般的なサイズのコンポストＡ１で排出されるアンモニア含有ガス量は、約２０～４５ｍ^３／分であり、アンモニア含有ガスに含まれるアンモニア成分の濃度は約７，５００～１０，０００ｐｐｍである。

ガス冷却装置：Ｂ１
コンポストＡ１から排出されるアンモニア含有ガスは、ガス冷却システムＢを構成する以下に説明する各機器からなるガス冷却装置Ｂ１で冷却される。一の実施態様として説明するガス冷却装置Ｂ１では、空冷冷却部Ｂ１１と水冷冷却部Ｂ１２とを備えている。

空冷冷却部：Ｂ１１
空冷冷却部Ｂ１１は、アンモニア含有ガスに外気を混合してガスの温度を下げる部位であり、アンモニア含有ガスの流路となるダクト１０と、このダクト１０内に外気を混入する空冷ブロア２０とを有している。

空冷ブロア：２０
空冷ブロア２０は、ダクト１０内に外気を混入するブロアである。空冷ブロア２０の一実施態様としては、単に外気をダクト１０内に吹き込む外気混入専用ブロアとして機能させるように設置することができる。この場合は、図１や図２（Ａ）で示すように、コンポストＡ１から発生したアンモニア含有ガスをダクト１０内に吹き込む原料ガスブロア２１とは別に空冷ブロア２０を設ける。ダクト１０内で、コンポストＡ１から発生したアンモニア含有ガス（以下、「当初アンモニア含有ガスα」ともいう）と外気βとが混合することで、当初アンモニア含有ガスの温度よりも外気の温度が低ければ、当初アンモニア含有ガスの温度を下げることができるからである。この空冷ブロア２０は、その出力を調整することでダクト１０への外気の投入量を増減させる制御を行うことができ、ダクト１０への外気の混入量を正確に規定することができる。

空冷ブロア２０はまた、コンポストＡ１から発生したアンモニア含有ガスに外気を混入してダクト１０に送るように設置することもできる。換言すれば、図２（Ｂ）で示すように、この場合の空冷ブロア２０は、当初アンモニア含有ガスと外気の混合ガスをダクト１０に混入する。コンポストＡ１から発生したアンモニア含有ガスを吸引しつつ、外気とともにダクト１０内に送り込むことをすれば、当初アンモニア含有ガスのダクト１０への注入と、外気のダクト１０への注入とを１つの空冷ブロア２０で行わせることができ効率的である。

しかしながら、空冷ブロア２０は、１基よりは複数基設けておく方が好ましい。当初アンモニア含有ガスの温度が高温の場合には、複数基の空冷ブロア２０を稼働するほうが多量の外気をダクト１０内に送り込むことができ、当初アンモニア含有ガスの冷却効果が高いからである。しかしながら、これとは反対にコンポストＡ１からの当初アンモニア含有ガスの吹き込み量を多くするために原料ガスブロア２１を複数基設けることもできる。また、複数の空冷ブロア２０の間で役割を変えることができ、一方の空冷ブロア２０では、当初アンモニア含有ガスと外気とを共にダクト１０内に投入させる役割とし、他方の空冷ブロア２０では外気のみをダクト１０内に投入させる役割とすることもできる。

一の実施態様としての１基の空冷ブロア２０の吸引力は３５～５５ｍ^３／分程度のものとすることができる。この程度の出力があれば、当初アンモニア含有ガスと外気との混合ガスをダクト１０内に通し、さらに後述の水冷冷却部Ｂ１２へ好適に導くことができるからである。

ダクト：１０
ダクト１０はコンポストＡ１から発生したアンモニア含有ガスを通過させ、冷却処理するためのガス流路となる配管である。ダクト１０は、その入口側には上記空冷ブロア２０等により当初アンモニア含有ガスと外気が入り込み、出口側に向かってダクト１０内には攪拌用板１１が互い違いに設けられた構成とすることができる。ダクト１０に入ったガスは、この攪拌用板１１を迂回して流れていく過程でアンモニア含有ガスと外気が十分に混合した１次処理ガスδとなる。１次処理ガスδは、コンポストＡ１から発生するアンモニア含有ガスと外気とが混合することで生じた、当初のアンモニア含有ガスよりは温度が下がったアンモニア含有ガスである。

スポットクーラー：３０
スポットクーラー３０等のクーラーを、外気よりは温度が下がった冷気を得る目的で設置することができる。スポットクーラー３０で外気を冷やして得た外気（以下「冷外気γ」ともいう）を、前記空冷ブロア２０によりダクト１０内に冷気を送り込むことで、スポットクーラー３０を用いなかった場合よりも当初アンモニア含有ガスの温度を下げることができる。

スポットクーラー３０で得られた冷外気γは、図１で示すように、冷外気をダクト１０に注入する専用の空冷ブロア２０を設けても良いし、あるいはまた、図２（Ｃ）で示すように、空冷ブロア２０で、通常の外気βと冷外気γとを混合してダクト１０に送るように設けたり、当初アンモニア含有ガスαと冷外気を混合してダクト１０に送るように設けたりすることができる。さらには、図２（Ｄ）で示すように、当初アンモニア含有ガスαと外気βと冷外気γとを１つの空冷ブロア２０でダクト１０に送るようにすることもできる。

水冷冷却部：Ｂ１２
水冷冷却部Ｂ１２は、空冷冷却部Ｂ１１を通ることである程度冷却されたアンモニア含有ガス（１次処理ガスδ）をさらに冷却する部位である。水冷冷却部Ｂ１２には、攪拌用板１１の下流側のダクト１０内に熱交換器４０，５０，６０が設けられており、これらの熱交換器を通過したアンモニア含有ガスはさらに温度が下がり、所望の温度にまで冷却されたアンモニア含有ガス（以下「２次処理ガスε」ともいう）を得ることができる。即ち、この熱交換器４０の入口側までの上流側が空冷冷却部Ｂ１１であり、この熱交換器４０を含めた下流側が水冷冷却部Ｂ１２である。

熱交換器：４０，５０，６０
熱交換器は、複数の冷却フィンが配列されたフィン群を熱交換コイルが挿通し、この熱交換コイル内に水などの冷媒が流れる構成からなる器具である。熱交換器のフィン群、及び熱交換コイルでできた隙間を冷却処理すべきガスが通る際に、冷媒との間で熱交換が行われ、処理ガスの温度が下がる。

一の実施態様としてここではダクト１０の上流側から下流側に亘り直列に並べた３基の熱交換器４０，５０，６０を設けることとしている。１基の熱交換器を大型化するよりも複数個の熱交換器に分配したほうが冷却処理すべきガスの冷却効果が高まるからである。但し、当初アンモニア含有ガスの量やその温度によって、熱交換器の数や種類は適宜変更し得る。

上流側から２基の熱交換器４０，５０は、それぞれラジエータユニット４１，５１に冷媒を通すように接続しており、アンモニア含有ガスとの熱交換によって温度が上昇した冷媒を、このラジエータユニット４１，５１により冷却する。なお、ラジエータユニット４１は熱交換器４０の構成要素であり、ラジエータユニット５１は熱交換器５０の構成要素である。

ラジエータユニット：４１，５１
ラジエータユニット４１，５１は、同じ構造をしたラジエータユニットとすることができ、このラジエータユニット４１，５１は、冷媒を蓄えるタンクと、冷媒を冷やす熱交換部と、熱交換部に外気を当てる高速ファンと、タンクと熱交換部との間を、冷媒を循環させる配管及びポンプとを備えている。好ましい一態様では、ラジエータユニット４１，５１の１基あたり４基の高速ファンを設ける。高速ファンの回転数は、インバータで制御することができる。また、１基あたりの高速ファンの使用電力量は、最大で２．５～４ｋＷ／ｈ程度の出力を有するものを利用できる。高速ファンの回転数を制御することで熱交換器４１，５１を通過するガスの温度を制御することができる。

ダクト１０の最下流側の１基の熱交換器６０は、ラジエータユニット４１，５１をそれぞれ有する熱交換器４０，５０とは異なり、チラーユニット６１に冷媒を通すように接続しており、このチラーユニット６１により冷媒を冷却する。なお、チラーユニット６１は熱交換器６０の構成要素である。

チラーユニット：６１
チラーユニット６１は、熱交換器内に流れる冷媒の温度を前記ラジエータユニット４１，５１を用いる場合に比べて低くすることができ、それにより冷却すべきガスの温度を下げる効果がラジエータユニット４１，５１を用いた熱交換器４０，５０よりも、チラーユニット６１を用いた熱交換器６０のほうが高い。チラーユニット６１には、前記冷媒を冷やす熱交換部と、熱交換部で前記冷媒と熱交換を行うチラーユニット内冷媒と、冷媒を循環させる配管及びポンプを備えている。好ましい一の実施態様としては、チラーユニット６１の出力は２０～３０ｋＷ／ｈ程度のものを用いることができる。

当初アンモニア含有ガスαが、空冷冷却部Ｂ１１を通過することで生じた１次処理ガスδは、水冷冷却部Ｂ１２にある３つの熱交換器４０，５０，６０を通って温度が下がり、最下流側の熱交換器６０から出ることで、所望の温度、例えば概ね２５℃にまで冷却された２次処理ガスεとして、冷却されたアンモニア含有ガスが得られる。

制御装置：Ｂ１３
コンポストＡ１から発生する高温のアンモニア含有ガスを約２５℃迄冷却するには、季節によって外気の温度に影響され、特に夏場には、上記各部位の装置をフル稼働させて当初アンモニア含有ガスを冷却する必要があり、大変大きな電力が必要である。一方で、冬場には外気が低いことから上記各装置をフル稼働させる必要もなく、消費電力を抑えることが可能となる。そしてまた、コンポストＡ１から発生するアンモニア含有ガスの温度もまた、原料となるし尿の処理状況によって、常温から７０℃程度の高温まで変化する。そこで、コンポストＡ１から発生する当初アンモニア含有ガス温度、及び外気温度に応じてアンモニア含有ガスを冷却するための各部位の各装置の駆動を制御して効率的な運転を行うことが重要になる。制御装置Ｂ１３はこうした機能を担う。制御装置Ｂ１３は、上記各装置の稼働を制御するコンピュータからなり、上記各装置とこのコンピュータとの間で通信を行う通信手段等もまた含んでいる。なお制御装置Ｂ１３は上記各装置のある場所から離れた遠隔地に設けることもできる。

温度センサー：７０
効率的な上記各装置の運転には、各部位のガス温度を検知することが重要である。
そのため、一実施態様としては、次の各部位のガス温度を測定する温度センサー７０を設けることができる。
・コンポストＡ１から排出されるアンモニア含有ガスの温度
・外気の温度
・スポットクーラー３０から排出される冷気の温度
・第１の空冷ブロア２０によってダクト１０内に投入されるガス温度
・第２の空冷ブロア２０によってダクト１０内に投入されるガス温度
・攪拌用板１１より上流のダクト１０内温度
・攪拌用板１１間のダクト１０内温度
・空冷冷却部Ｂ１１の出口温度（第１の熱交換器４０の入口のダクト１０内温度）
・第１の熱交換器４０の出口のダクト１０内温度
・第２の熱交換器５０の出口のダクト１０内温度
・第３の熱交換器６０の出口のダクト１０内温度

制御方法：
ガス冷却システムを構成する上記各部位を構成する各装置について、所望の温度にまで冷却した２次処理ガスを得るために影響を与える変数には、コンポストＡ１から発生するアンモニア含有ガスの温度（当初ガス温度）と、外気の温度（外気温度）と、稼働させる各部位の出力（各装置出力）がある。ここで各部位の出力（各装置出力）には、例えば、空冷冷却部Ｂ１１における空冷ブロア２０の出力、水冷冷却部Ｂ１２における熱交換器の出力、特に熱交換器を複数設ける場合にはそれぞれの熱交換器４０，５０，６０の出力であり、中でもそれらの熱交換器４０，５０，６０の冷媒を冷却するために動かす高速ファンやチラーユニット内熱交換部の出力である、さらに、空冷冷却部Ｂ１１にスポットクーラー３０を設ける場合にはその出力が挙げられる。各部位は最大出力で稼働すればガス冷却効果は高いが消費エネルギーが多くなる。また、各部位は装置によって最大ガス冷却温度も最大出力も異なる。

そこで、様々な当初ガス温度と外気温度について、各部位の稼働出力を変更して運転し、その際の各部位の入口と出口におけるガス温度、及び２次処理ガス温度を上記温度センサー７０で測定したデータを蓄積し、これらのデータから、所望の温度にまで冷却した２次処理ガスを得るために、各部位をどの程度の出力で稼働させたときにその出力の合計が最小となるかの各装置の出力の組合せを導き、制御装置Ｂ１３にプログラムしておく。そして、温度センサー７０によって測定した当初ガス温度と外気温度を入力変数として、それらの変数に応じて前記プログラムを働かせ、各部位をどの程度の出力で稼働させるかを制御装置Ｂ１３により制御する。

あるいは、当初ガス温度、外気温度、各装置出力をデータとして記録し、これらのデータを教師データとして学習させて得た学習モデルを得る機械学習手段を取り入れても良い。機械学習手段は制御装置Ｂ１３自体に設ける場合の他、外部サーバー等の外的装置に設けたものを制御装置Ｂ１３との通信で利用しても良い。学習が済んだ学習モデルに、現在の当初ガス温度と外気温度を入力することで、各部位の稼働出力の好適な組合せを出力する。

こうして、当初ガス温度及び外気温度に基づいて、ガス冷却システムＢの各部位の各装置の出力が制御装置Ｂ１３により制御され、使用する消費電力が少なくなるように、空冷ブロア２０、スポットクーラー３０、熱交換器４０，５０，６０等の各装置を運転することができる。こうしてシステムの稼働による消費電力を抑えながら、所望の温度にまで冷却されたアンモニア含有ガスを得ることができる。次には、冷却されたアンモニア含有ガスの処理について説明する。

アンモニア回収部：Ｃ
ガス冷却システムＢで得られた、冷却されたアンモニア含有ガス（２次処理ガスε）は、アンモニア回収部Ｃに送られる。アンモニア回収部Ｃでは、アンモニア回収装置によりアンモニア成分をガスから除去し、そのアンモニア成分が抜けたガスの排気は排気ブロア２２により行うことができる。

スクラバー：Ａ２
一の実施態様では、アンモニア回収装置としてスクラバーＡ２を用いることができる。スクラバーＡ２は、アンモニア含有ガスを水と接触させてアンモニア含有ガス中のアンモニア成分を水に溶解させ、アンモニア水を得る装置である。スクラバーＡ２の中にアンモニア吸着触媒を投入することもできるし、あるいはスクラバーＡ２で得られたアンモニア水とアンモニア吸着触媒を接触される装置を別途設けて、アンモニア水に含まれるアンモニア成分をアンモニア吸着触媒に吸着させる。

アンモニア成分が吸着したアンモニア吸着触媒は、スクラバーＡ２から取り出し、その触媒からアンモニアを回収することで、そのアンモニアを有効利用することができる。なお、上記装置の各所に適宜、ガスセンサーを設けてアンモニア濃度を検知することで、アンモニア吸着触媒にどの程度のアンモニアが吸着されているかを推定でき、制御装置Ｂ１３のディスプレイ又はデータの遠隔通信等により、作業者はチェックすることができる。

発電装置：Ｂ１４
ガス冷却システムＢの中には発電装置Ｂ１４を設けることもできる。発電装置Ｂ１４には、風力発電装置や太陽光発電装置を利用することができる。

風力発電装置：
空冷冷却部Ｂ１１の空冷ブロア２０や、水冷冷却部Ｂ１２の熱交換器４０，５０に付属する高速ファンから得られる排気を利用した風力発電装置を設置することで発電装置Ｂ１４を形成することができる。空冷ブロア２０又は高速ファンから１５ｍ／ｓ程度以上の風速が得られれば、これを利用することで、概ね３～５ｋＷ／ｈの発電が可能となる。この発電量をガス冷却システムＢ中の各装置の消費電力と合算すれば、システム全体の消費電力量の削減に寄与することができる。より具体的には、空冷ブロア２０や高速ファンの排気口から適度な距離を置いて風車を設置することで、この風車の回転をエネルギーとする風力発電装置となる。距離を置くことで、空冷ブロア２０や、高速ファンへの干渉を回避することができる。

太陽光発電装置：
冷却処理するガスの通過するダクト１０の上面に太陽光パネルを配置した太陽光発電装置を設置することで発電装置Ｂ１４を形成することができる。ガス冷却装置Ｂ１は通常、屋外に設置するため、特にガス流路となるダクト１０や、ラジエータユニット４１，５１あるいはチラーユニット６１の配管等はこれらの温度上昇を防ぐためにも太陽光から遮断することが好ましい。そこで、ダクト１０の上面に太陽光パネルを設けることは、ダクト１０の温度上昇防止も兼ねる点で好ましい。こうした太陽光発電装置からの発電量をガス冷却システムＢ中の各装置の消費電力と合算すれば、システム全体の消費電力の削減に寄与することができる。発電装置Ｂ１４としては、風力発電装置と太陽光発電装置の両者を用いたものとすることができるし、どちらか一方を用いたものとすることもできる。

以上により、コンポストＡ１から生じる畜糞由来の臭気ガスを冷却後、水に溶かすことにより９９％以上の減臭を行い、更に水に溶けたアンモニアを触媒吸着により回収することで、アンモニア成分の排気を抑えることができ温室効果ガスの排出削減になる。畜産農家は、得られたアンモニアを公設排出権取引市場等で販売することで、これまで「負の環境対策投資」であったものを「正の環境対策投資」に変換することができる。

上記実施態様は本発明の一例であり、公知の手段や方法をさらに備えるものであっても良く、本発明の趣旨を変更しない範囲で適宜、変更が可能である。例えば、ガス冷却システムでは、アンモニア含有ガスの冷却について説明したが、アンモニア含有ガスに限定せずとも、他の種類のガスにも適用することができる。また、熱交換器はラジエータユニットを有するものとチラーユニットを有するものとを用いたが構成を変更した熱交換器とする場合もあり得る。

Ａ アンモニア回収システム
Ａ１ コンポスト
Ａ２ スクラバー
Ｂ ガス冷却システム
Ｂ１ ガス冷却装置
Ｂ１１ 空冷冷却部
Ｂ１２ 水冷冷却部
Ｂ１３ 制御装置
Ｂ１４ 発電装置
Ｃ アンモニア回収部
１０ ダクト
１１ 攪拌用板
２０ 空冷ブロア
２１ 原料ガスブロア
２２ 排気ブロア
３０ スポットクーラー
４０，５０，６０ 熱交換器
４１，５１ ラジエータユニット
６１ チラーユニット
７０ 温度センサー
α 当初アンモニア含有ガス
β 外気
γ 冷外気
δ １次処理ガス
ε ２次処理ガス

Claims (2)

1. ガスを冷却処理するガス冷却システムであって、
   前記ガスの通過するダクトの上流側に空冷冷却部と、当該ダクトの下流側に水冷冷却部と、ガス温度を測定する温度センサーと、を設け、
   前記空冷冷却部には、前記ダクトに外気を混入させる空冷ブロアを有し、処理するガスよりも低温の１次処理ガスを生じさせ、
   前記水冷冷却部には、１又は複数の熱交換器を有し、当該熱交換器の少なくとも１つは、高速ファンを有するラジエータユニットで当該熱交換器内の冷媒を冷却する熱交換器であり、前記１次処理ガスよりも低温の２次処理ガスを生じさせるガス冷却システム。
2. ガスを冷却処理するガス冷却システムであって、
   前記ガスの通過するダクトの上流側に空冷冷却部と、当該ダクトの下流側に水冷冷却部と、ガス温度を測定する温度センサーと、を設け、
   前記空冷冷却部には、前記ダクトに外気を混入させる空冷ブロアと、前記外気を冷やすクーラーと、を有し、処理するガスよりも低温の１次処理ガスを生じさせ、
   前記水冷冷却部には、熱交換器を有し、前記１次処理ガスよりも低温の２次処理ガスを生じさせるガス冷却システム。

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